L'ADN est le symbole de la vie. Mais nul ne sait comment il est apparu. Peut-être à partir de l'ARN ou alors d'une autre voie de synthèse il y a au moins quatre milliards d'années. © Sutterstock, Sergey Nivens

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Les amyloïdes, une clé de l'origine de la vie ?

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Certains agrégats de protéines, les amyloïdes, apparaîtraient bien plus facilement que l'ARN à partir de réactions chimiques qui étaient probablement présentes au début de l'histoire de la Terre : c'est ce qu'affirment des chercheurs suisses de l'ETH. Voilà peut-être la voie empruntée par la chimie prébiotique qui a mené à la vie.

Dans une lettre adressée à son ami, le grand botaniste et explorateur britannique Joseph Dalton Hooker, Darwin évoque brièvement en 1871 un lieu et un scénario possibles pour l'origine de la vie : « Quelque petite mare chaude, en présence de toutes sortes de sels d'ammoniac et d'acide phosphorique, de lumière, de chaleur, d'électricité, etc. », où « un composé de protéines fut chimiquement formé, prêt à subir des changements encore plus complexes ».

Il y a là, déjà, l'idée d'une chimie prébiotique. On ne peut s'empêcher de penser à cette déclaration devant les travaux menés par des chercheurs de l'École polytechnique fédérale de Zurich (ETH), et qui donneraient selon eux un éclairage nouveau sur l'origine de la vie terrestre :

La question de l'apparition des premières cellules vivantes ramène facilement au problème de l'œuf et de la poule. La vie telle que nous la connaissons repose sur trois composantes essentielles. Le métabolisme est l'ensemble des processus qui permettent à un être vivant de fabriquer (anabolisme) ou de détruire (catabolisme) ses propres constituants (sucres, protéines, lipides...) à partir de précurseurs, et qui assurent aussi la collecte ou la production d'énergie.

Vient ensuite le système génétique, reposant sur l'ADN, qui contient l'information permettant la synthèse des protéines. Problème : certaines de ces protéines, des enzymes, sont indispensables à la duplication de l'ADN par leurs propriétés de catalyseurs. Cependant, l'ARN joue un rôle primordial dans la construction des protéines et peut avoir des propriétés autocatalytiques lui permettant de se comporter un peu comme des enzymes. Cette observation a conduit à postuler qu'un « monde d'ARN » a peut-être, à l'aube de la vie, précédé celui de l'ADN et des protéines.

Mais un système génétique et des mécanismes métaboliques ne suffisent pas pour la vie. Il faut aussi des compartiments dans lesquels ils prennent place. En d'autres termes, se pose le problème de l'origine des membranes cellulaires à base de lipides.

Un extrait de la neuvième émission du magazine Cassiopée, Sommes-nous seuls dans l'univers ? (France Supervision, 1996) avec un texte et la voix off de Jean-Pierre Luminet. D'autres vidéos similaires se trouvent sur le site du projet multiplateforme francophone sur la cosmologie contemporaine « Du Big Bang au vivant ». © Jean-Pierre Luminet

Les fibres amyloïdes, une alternative au monde d'ARN ?

Les biologistes sont ainsi confrontés à un véritable nœud gordien faisant intervenir l'origine du métabolisme, celle du système génétique et enfin celle de la compartimentation de la vie. Dans quel ordre ces trois composants sont-ils apparus et comment ? On tente de trancher ce nœud en partant de l'hypothèse qu'ils ont dû coévoluer tout en se complexifiant. Mais comment cette coévolution s'est-elle mise en place ? Nul ne le sait. Il faut peut-être sortir de la boîte pour résoudre l'énigme...

Toujours est-il que les chercheurs de l'ETH ont posé l'hypothèse que les formes de vie auraient pu émerger des fibrilles de protéines, nommées fibres amyloïdes. Ces agrégats de protéines sont bien connus des biologistes qui étudient certaines maladies car elles sont notamment associés à la maladie d'Alzheimer. On les trouve sous forme de feuillets de bêta-amyloïde, les tristement célèbres plaques séniles au niveau des neurones.

Les chimistes ont cherché à savoir si ces fibres amyloïdes pouvaient facilement apparaître dans les conditions régnant sur la jeune Terre primitive où le volcanisme était particulièrement actif. Un gaz volcanique bien connu, l'oxysulfure de carbone, a ainsi servi de catalyseur de réactions chimiques dans un mélange d'acides aminés contenant glycine, alanine, acide aspartique et valine. Des assemblages contenant de 5 à 14 acides aminés, des peptides donc, sont apparus sans aucun problème dans les expériences réalisées et ces peptides se sont à leur tour assemblés en feuillets de protéines, dits bêta, contenant des milliers de ces peptides.

Les chercheurs veulent maintenant continuer leurs travaux en montrant que les fibres amyloïdes sont capables de s'autorépliquer, ce qui donnerait plus de poids à l'hypothèse que ces fibres et non pas l'ARN ont permis à la vie de débuter avant d'évoluer vers l'utilisation de l'ADN et finalement de déboucher sur Luca, notre ancêtre.

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